Aula 03 - Conceitos Fundamentais I - PDF

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Aula 03 - Conceitos Fundamentais I Profª M. Sc. Claudia Sabrina Monteiro Material adaptado do Prof. Dr. Luiz Eduardo Sales e Silva Universidade Federal do Amazonas Faculdade de Tecnologia Departamento de Eletricidade Profª M. Sc. Claudia Sabrina Monteiro (UFAM) FTE 060 - Medidas Elétricas e Instrumentação Engenharia Elétrica Eletrotécnica 1 / 18 Sumário 1 Histórico da Medição 2 Medição 3 Unidades de Medida 4 Instrumentos de Medição Profª M. Sc. Claudia Sabrina Monteiro (UFAM) FTE 060 - Medidas Elétricas e Instrumentação Engenharia Elétrica Eletrotécnica 2 / 18 Histórico da Medição Histórico História da instrumentação - desenvolvi- mentos e questionamentos de épocas pas- sadas; Tempos mais antigos - desenvolvimento de processos simples e úteis a subsistência; Tempos mais atuais - grandes realizações e descobertas; Atualmente - toda descoberta física precisa Figura 1: Átomo e ciência. de comprovação experimental - medição de grandezas; Teorias e leis que fundamentam a ciência. Profª M. Sc. Claudia Sabrina Monteiro (UFAM) FTE 060 - Medidas Elétricas e Instrumentação Engenharia Elétrica Eletrotécnica 3 / 18 Histórico da Medição Tempo Agrupamento de comunidades e vilas - ce- Tempo - quantidade física mais precisa- rimônias religiosas - medição do tempo mente medida; mais refinadas; Escalas de tempo referenciais e dinâmicas: Dispositivos: Dinâmica - movimento dos corpos ce- Gnômon (3500 a.C.) - barra vertical, lestes fixos em suas órbitas; na qual o Sol projeta a sombra - com- Atômica - frequência característica da primento da sombra era relacionada ao radiação eletromagnética emitida ou tempo; absorvida nas transições quânticas - Sundial (800 a.C.) - relógio de sol entre estado de energia de átomos e utilizado pelos egípcios - base ligada moléculas; a uma estrutura com 6 divisões de tempo - colocado na direção leste- oeste Profª M. Sc. Claudia Sabrina Monteiro (UFAM) FTE 060 - Medidas Elétricas e Instrumentação Engenharia Elétrica Eletrotécnica 4 / 18 Histórico da Medição Eventos Cíclicos Figura 2: Medição do sol. Fonte: Alexandre Balbinot. Figura 3: Medição do sol 2. Fonte: Alexandre Figura 4: Medição do sol 3. Fonte: Alexandre Balbinot. Balbinot. Profª M. Sc. Claudia Sabrina Monteiro (UFAM) FTE 060 - Medidas Elétricas e Instrumentação Engenharia Elétrica Eletrotécnica 5 / 18 Histórico da Medição Pesos e Medidas Necessidades Permuta (moedas) e comércio; História: 5000 unidades de medidas rústicas e padrões imprecisos; Conhecem alguma medida regional tradicional? Figura 5: Medição regional. Fonte: DOL. Profª M. Sc. Claudia Sabrina Monteiro (UFAM) FTE 060 - Medidas Elétricas e Instrumentação Engenharia Elétrica Eletrotécnica 6 / 18 Histórico da Medição Pesos e Medidas Necessidades Peso: grão e grama (peso de um centímetro cúbico de água pura); Métrica: uso de partes do corpo. Qual o problema dessa forma de medir ? Figura 6: Medidas no antigo Egito. Fonte: Alexandre Balbinot. Profª M. Sc. Claudia Sabrina Monteiro (UFAM) FTE 060 - Medidas Elétricas e Instrumentação Engenharia Elétrica Eletrotécnica 7 / 18 Histórico da Medição Pesos e Medidas Figura 7: Unidades de medidas. Fonte: Alexandre Balbinot. Ontem e hoje 1 metro: barra de platina e hoje a distância percorrida por um feixe de 1 luz no vácuo em 299792458. Profª M. Sc. Claudia Sabrina Monteiro (UFAM) FTE 060 - Medidas Elétricas e Instrumentação Engenharia Elétrica Eletrotécnica 8 / 18 Medição Conceitos de Instrumentação Instrumentação - nome genérico; Técnicas experimentais - mudando devido Instalação elétrica - controle do sistema de ao desenvolvimento de instrumentos eletrô- geração: nicos e controladores inteligentes; velocidade da turbina; Conhecimentos de muitos princípios de ins- pressão do vapor; trumentação - realizar um experimento controle de reação nucleares. bem-sucedido; Medição dos processos é que determina os Projetar um experimento - identificar as va- padrões - permite que sejam referenciadas riáveis físicas e conhecer as leis físicas; unidades às diversas grandezas; Aplicação de instrumentos; "A medição é a base do processo experi- Análise dos dados; mental". Estimar as incertezas das medidas. Profª M. Sc. Claudia Sabrina Monteiro (UFAM) FTE 060 - Medidas Elétricas e Instrumentação Engenharia Elétrica Eletrotécnica 9 / 18 Medição Método Científico Figura 8: Procedimento genérico de método científico. Fonte: Alexandre Balbinot. Profª M. Sc. Claudia Sabrina Monteiro (UFAM) FTE 060 - Medidas Elétricas e Instrumentação Engenharia Elétrica Eletrotécnica 10 / 18 Medição Grandezas Físicas Variáveis ou quantidades que serão medidas; Variáveis - podem ser os objetivos diretos ou indiretos de uma medida. Indireta - detecção da deformação mecânica causada por uma força - objetivo é determinar a intensidade da força. Conceitos - Vocabulário Internacional de Termos Fundamentais e Gerais de Metrologia (VIM) Grandeza: propriedade de um fenômeno, de um corpo ou de uma substância que se pode expressar quantitativamente sob a forma de um número e de uma referência; Medir: estabelecer uma relação numérica entre uma grandeza e outra, de mesma espécie, tomada como unidade. Ou ainda, conjunto de operações para determinar o valor de uma grandeza; Profª M. Sc. Claudia Sabrina Monteiro (UFAM) FTE 060 - Medidas Elétricas e Instrumentação Engenharia Elétrica Eletrotécnica 11 / 18 Medição Grandezas Físicas Figura 9: Variáveis por características físicas. Fonte: Alexandre Balbinot. Profª M. Sc. Claudia Sabrina Monteiro (UFAM) FTE 060 - Medidas Elétricas e Instrumentação Engenharia Elétrica Eletrotécnica 12 / 18 Unidades de Medida Múltiplos e Submúltiplos O nome do Sistema Internacional de Unidades (SI) foi adotado em l960; 1970 - Adicionou-se a unidade de quantidade de matéria (mol); 7 unidades básicas; SI - adotado na maioria dos países - EUA (difícil implementação): pé (ft) - unidade de comprimento; libra - unidade de força. Unidades de Medidas - grandezas específicas, definidas e adotadas por convenção, com as quais outras grandezas de mesma natureza são comparadas para expressar suas magnitudes. Profª M. Sc. Claudia Sabrina Monteiro (UFAM) FTE 060 - Medidas Elétricas e Instrumentação Engenharia Elétrica Eletrotécnica 13 / 18 Unidades de Medida Sistema Internacional (SI) Figura 10: Unidades de medida. Sistema internacional (SI). Fonte: Fundamentos de Circuitos Elétricos. Profª M. Sc. Claudia Sabrina Monteiro (UFAM) FTE 060 - Medidas Elétricas e Instrumentação Engenharia Elétrica Eletrotécnica 14 / 18 Unidades de Medida Múltiplos e Submúltiplos Figura 11: Múltiplos e submúltiplos. Fonte: Fundamentos de Circuitos Elétricos. Profª M. Sc. Claudia Sabrina Monteiro (UFAM) FTE 060 - Medidas Elétricas e Instrumentação Engenharia Elétrica Eletrotécnica 15 / 18 Unidades de Medida Múltiplos e Submúltiplos Exemplo 1: Converta os valores abaixo para os múltiplos solicitados. a) 0,05 m → mm; b) 8945,37 µA → A; c) 283565687963 B → TB; d) 0,0453 Ω → kΩ. Exercício 1: Converta os valores abaixo para os múltiplos solicitados. a) 456,56 km → m; b) 214,56 nA → µA; c) 718,45 kHz → GHz; d) 13800000 V → MV. Profª M. Sc. Claudia Sabrina Monteiro (UFAM) FTE 060 - Medidas Elétricas e Instrumentação Engenharia Elétrica Eletrotécnica 16 / 18 Instrumentos de Medição Conceitos Dispositivo utilizado para medição de grandezas de forma individual ou conjuntamente com outros dispositivos; Podem ser mecânicos, eletromecânicos ou eletrônicos. Integrando sensores e transdutores. Figura 12: Paquímetro. Fonte: Mitutoyo. Figura 13: Medidor de energia elétrica. Fonte: Figura 14: Trena digital. Fonte: Bosch. Dowertech. Profª M. Sc. Claudia Sabrina Monteiro (UFAM) FTE 060 - Medidas Elétricas e Instrumentação Engenharia Elétrica Eletrotécnica 17 / 18 Instrumentos de Medição Características Digitais ou analógicos; Diferenças nas características construtivas. Figura 15: Multímetro analógico. Fonte: Minipa. Figura 16: Multímetro digital. Fonte: Minipa. Profª M. Sc. Claudia Sabrina Monteiro (UFAM) FTE 060 - Medidas Elétricas e Instrumentação Engenharia Elétrica Eletrotécnica 18 / 18